专利名称：钢纤维增强聚合物改性混凝土及其制备方法
技术领域：
本发明涉及土木工程，具体地是适用于混凝土桥桥面刚性铺装和旧水泥混凝土路面罩面加铺，特别是混凝土桥桥面刚性铺装的钢纤维增强聚合物改性混凝土及其制备方法。
背景技术：
多年来的实践表明，选择桥面铺装材料时，要注意以下几点要求1.具有耐久性，可以长时间使用；2.不透水；3.与桥面板的粘附性良好；4.抗滑性好。
现有混凝土桥桥面刚性铺装材料常用的有普通水泥混凝土、防水混凝土、钢纤维增强混凝土、聚合物改性混凝土等。各混凝土的缺点如下普通混凝土虽然造价低廉，应用广泛，但其本身基体孔隙较多，易出现干燥收缩开裂及疲劳、冲击等作用下的开裂，导致有害物质下渗；用于桥面铺装时与桥面板连接不良而容易出现剥离脱落，造成桥面铺装的过早破坏。
防水混凝土是在普通混凝土的基础上通过调整材料级配和添加防水剂的方法减少混凝土基体本身的孔隙数量，达到阻止有害物质下渗的目的，但普通混凝土干燥收缩，疲劳、冲击性能差等以及与桥面板连接不良而容易出现裂缝、剥离脱落等缺点并没有改观。
聚合物改性混凝土，虽然具有较好的粘结性、抗渗性、耐碱性、耐候性、较大的变形性能等，但是混凝土的抗压强度低，填量少时对强度、疲劳和冲击等方面的性能提高不大。当聚灰比(质量比)为15％～20％时，混凝土的抗弯强度最大，由于聚合物掺量较大，导致造价较高，影响了推广和使用。
由于钢纤维可阻滞基体混凝土裂缝的开展，因此钢纤维增强混凝土的抗拉、抗弯、抗剪强度等较普通混凝土显著提高，其抗冲击、抗疲劳、裂后韧性和耐久性也有较大的改善，但钢纤维对混凝土的初裂防止贡献不大，钢纤维的加入使混凝土与桥面板连接不良而容易出现剥离，导致桥面铺装的过早破坏；另外钢纤维增强混凝土的抗渗性、耐碱性、耐候性和变形性能等也较差，而且普通钢纤维在混凝土中易被锈蚀，使桥面过早被破坏，不锈钢钢纤维价格较贵，难以推广应用。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的缺陷，提供一种钢纤维增强聚合物改性混凝土及其制备方法，达到克服钢纤维混凝土渗透、耐磨、抗滑、变形、初裂、收缩、脱空、剥离等性能差的缺陷和聚合物改性混凝土抗弯、抗拉、抗剪、抗疲劳、抗冲击等性能差的缺陷，具有抗渗透、耐磨、抗滑、变形性能优良、初裂强度较高、收缩小、抗脱空、抗剥离，抗弯、抗拉、抗剪强度高，抗疲劳、抗冲击性能优越等效果。在钢纤维和聚合物的协同作用下，弱点明显被克服，各组分性能得到充分发挥，形成刚柔相济性能优良的复合材料。
本发明的钢纤维增强聚合物改性混凝土配方如下 其中水泥是普通硅酸盐水泥，乳胶乳液是齐鲁石化生产的丁苯乳胶乳液，都是市售产品；所述乳胶乳液中含有的乳胶量为50±5％，乳胶乳液是以丁苯为主要成分，以非离子型表面活性剂为乳化剂形成的乳胶乳液；砂是中砂，石子的级配是5～15mm连续级配；水是不包括乳胶乳液中的水；所述乳胶是聚合物，聚灰比是乳胶与水泥的质量比；纤维体积比是钢纤维与混凝土的体积比 消泡剂是以硅油为主要成分，以非离子型表面活性剂为乳化剂，其适用范围为水性乳胶涂料和粘胶剂或油性涂料。
钢纤维增强聚合物改性混凝土的制备方法(1)清洗砂、石子，并使其处于干燥状态；(2)钢纤维从袋里倒出后，检查，剔除有锈蚀结团的钢纤维；(3)将消泡剂与乳胶乳液按质量比3％～4％∶1配好搅匀后得到乳胶乳液与消泡剂的混合物；(4)准备好配料桶，按水、乳胶质量比0.3～0.48∶2.5％～10％先后加入水、乳胶乳液与消泡剂的混合物到配料桶中，然后搅拌均匀，得到均匀混合体；(5)将水泥、砂、石子按质量比1∶1.45～2.2∶1.78～2.73投入拌合设备中，再按钢纤维与混凝土的体积比0.6％～1.2％∶1投入钢纤维，拌合均匀；(6)按乳胶、水泥质量比2.5％～10％∶1投入准备好的乳胶乳液、消泡剂与水的均匀混合体到拌合设备中，搅拌均匀后即可出料，制备得钢纤维增强聚合物改性混凝土。
砂、石子应该提前清洗，并使其在使用时处于干燥状态，否则搅拌时会出现结团。
本发明的钢纤维增强聚合物改性混凝土在浇注后湿养3～7天即可进入干养阶段，干养完毕后就可开放交通。
桥面铺装通常没有结构性的目的，它们的目的主要是用于提高桥面的耐久性和服务寿命。影响桥面耐久性和服务寿命的主要因素是被侵蚀性物质贯穿桥面的速度，也就是混凝土的渗透性。除了孔隙率之外，混凝土的渗透性是被已经存在的裂缝控制的。因此，铺装设计的主要目标是控制裂缝并将裂缝减至最小。一个设计良好的桥面铺装系统应符合下面要求(1)高的耐久性；(2)低的渗透率；(3)对剥离和脱空具有高的抵抗力；(4)10年以上的免维护保养，而钢纤维增强聚合物改性混凝土都满足这四个要求，它不但具有高的耐久性、低的渗透率，对剥离和脱空具有高的抵抗力，而且由于其具有优良的抗疲劳性能保证了桥面铺装10年以上的免维护保养，因此钢纤维增强聚合物改性混凝土是理想的桥面铺装材料。
本发明与现有技术相比，具有如下优点钢纤维增强聚合物改性混凝土，克服了聚合物改性混凝土与钢纤维混凝土的缺点，吸收了两者的优点，形成包括高强度、高粘结性能、高抗冲击能力、高延展性、优良的裂缝控制、高耐久性和低渗透率等优良性能，并且施工相对容易；它可减薄桥面铺装厚度20％，减少了桥梁恒载，使得桥梁承载能力大大提高；另外由于聚合物的加入，使得混凝土的养护工作大大减少，仅需在浇注后养护3～7天即可，节约了人力物力。
具体实施例方式
实施例1钢纤维增强聚合物改性混凝土的制备方法如下(1)清洗中砂、石子，并使其处于干燥状态；(2)钢纤维从袋里倒出后，检查，剔除有锈蚀结团的钢纤维；(3)将消泡剂与乳胶乳液按质量比3.8％∶1配好搅匀后得到乳胶乳液与消泡剂的混合物；(4)准备好配料桶，按水、乳胶质量比0.45∶7.5％先后加入水、乳胶乳液与消泡剂的混合物到配料桶中，然后搅拌均匀，得到均匀混合体；(5)将水泥、中砂、石子按质量比1∶2∶2.3投入拌合设备中，再按钢纤维与混凝土的体积比1.2％∶1投入钢纤维，拌合均匀；(6)按乳胶、水泥质量比7.5％∶1投入准备好的乳胶乳液、消泡剂与水的均匀混合体到拌合设备中，搅拌均匀后即可出料，制备得钢纤维增强聚合物改性混凝土。
所述乳胶乳液中含有的乳胶量为50±5％，石子的级配是5～15mm连续级配。
实施例2钢纤维增强聚合物改性混凝土的制备方法如下(1)清洗中砂、石子，并使其处于干燥状态；(2)钢纤维从袋里倒出后，检查，剔除有锈蚀结团的钢纤维，等待使用；(3)将消泡剂与乳胶乳液按质量比3％∶1配好搅匀后得到乳胶乳液与消泡剂的混合物；(4)准备好配料桶，按水、乳胶质量比0.35∶5％先后加入水、乳胶乳液与消泡剂的混合物到配料桶中，然后搅拌均匀，得到均匀混合体；(5)将水泥、中砂、石子按质量比1∶1.5∶1.8投入拌合设备中，再按钢纤维与混凝土的体积比1％∶1投入钢纤维，拌合均匀；(6)按乳胶、水泥质量比5％∶1投入准备好的乳胶乳液、消泡剂与水的均匀混合体到拌合设备中，搅拌均匀后即可出料，制备得钢纤维增强聚合物改性混凝土。
所述乳胶乳液中含有的乳胶量为50±5％，石子的级配是5～15mm连续级配。
实施例3
钢纤维增强聚合物改性混凝土的制备方法如下(1)清洗中砂、石子，并使其处于干燥状态；(2)钢纤维从袋里倒出后，检查，剔除有锈蚀结团的钢纤维；(3)将消泡剂与乳胶乳液按质量比3.5％∶1配好搅匀后得到乳胶乳液与消泡剂的混合物；(4)准备好配料桶，按水、乳胶质量比0.3∶10％先后加入水、乳胶乳液与消泡剂的混合物到配料桶中，然后搅拌均匀，得到均匀混合体；(5)将水泥、中砂、石子按质量比1∶1.45∶1.78投入拌合设备中，再按钢纤维与混凝土的体积比1.2％∶1投入钢纤维，拌合均匀；(6)按乳胶、水泥质量比10％∶1投入准备好的乳胶乳液、消泡剂与水的均匀混合体到拌合设备中，搅拌均匀后即可出料，制备得钢纤维增强聚合物改性混凝土。
所述乳胶乳液中含有的乳胶量为50±5％，石子的级配是5～15mm连续级配。
实施例4钢纤维增强聚合物改性混凝土的制备方法如下(1)清洗中砂、石子，并使其处于干燥状态；(2)钢纤维从袋里倒出后，检查，剔除有锈蚀结团的钢纤维；(3)将消泡剂与乳胶乳液按质量比4％∶1配好搅匀后得到乳胶乳液与消泡剂的混合物；(4)准备好配料桶，按水、乳胶质量比0.48∶2.5％先后加入水、乳胶乳液与消泡剂的混合物到配料桶中，然后搅拌均匀，得到均匀混合体；(5)将水泥、中砂、石子按质量比1∶2.2∶2.73投入拌合设备中，再按钢纤维与混凝土的体积比0.6％∶1投入钢纤维，拌合均匀；(6)按乳胶、水泥质量比2.5％∶1投入准备好的乳胶乳液、消泡剂与水的均匀混合体到拌合设备中，搅拌均匀后即可出料，制备得钢纤维增强聚合物改性混凝土。
所述乳胶乳液中含有的乳胶量为50±5％，石子的级配是5～15mm连续级配。
用本发明的制备方法制备的钢纤维增强聚合物改性混凝土，不但具有高的耐久性、低的渗透率，对剥离和脱空具有高的抵抗力，而且由于其具有优良的抗疲劳性能保证了桥面铺装10年以上的免维护保养，可广泛应用于混凝土桥桥面刚性铺装和旧水泥混凝土路面罩面加铺。
权利要求
1.一种钢纤维增强聚合物改性混泥土，其特征在于制备方法如下(1)清洗砂、石子，并使其处于干燥状态；(2)钢纤维从袋里倒出后，检查，剔除有锈蚀结团的钢纤维；(3)将消泡剂与乳胶乳液按质量比3％～4％∶1配好搅匀后得到乳胶乳液与消泡剂的混合物；(4)准备好配料桶，按水、乳胶质量比0.3～0.48∶2.5％～10％先后加入水、乳胶乳液与消泡剂的混合物到配料桶中，然后搅拌均匀，得到均匀混合体；(5)将砂、石子、水泥按质量比1.45～2.2∶1.78～2.73∶1投入拌合设备中，再按钢纤维与混泥土的体积比0.6％～1.2％∶1投入钢纤维，拌合均匀；(6)按乳胶、水泥质量比2.5％～10％∶1投入准备好的乳胶乳液、消泡剂与水的均匀混合体到拌合设备中，搅拌均匀后即可出料，制备得钢纤维增强聚合物改性混凝土。所述乳胶乳液中含有的乳胶量为50±5％。
2.根据权利要求1所述的钢纤维增强聚合物改性混泥土，其特征在于所述乳胶是以丁苯为主要成分，以非离子型表面活性剂为乳化剂形成的乳胶。
3.根据权利要求1或2所述的钢纤维增强聚合物改性混泥土，其特征在于所述消泡剂是以硅油为主要成分，以非离子型表面活性剂为乳化剂。
4.根据权利要求3所述的钢纤维增强聚合物改性混泥土，其特征在于所述砂是中砂。
5.根据权利要求4所述的钢纤维增强聚合物改性混泥土，其特征在于所述石子的级配是5～15mm连续级配。
6.用权利要求5所述方法制备的钢纤维增强聚合物改性混泥土。
全文摘要
本发明是一种钢纤维增强聚合物改性混凝土及其制备方法，制备方法如下将消泡剂与乳胶乳液按质量比3％～4％∶1配好搅匀后得到混合物；准备好配料桶，按水、乳胶质量比0.3～0.48∶2.5％～10％先后加入水、乳胶乳液与消泡剂的混合物到配料桶中，然后搅拌均匀，得到均匀混合体；将水泥、砂、石子按质量比1∶1.45～2.2∶1.78～2.73投入拌合设备中，再按钢纤维与混泥土的体积比0.6％～1.2％∶1投入钢纤维，拌合均匀；按乳胶、水泥质量比2.5％～10％∶1投入准备好的乳胶乳液、消泡剂与水的均匀混合体到拌合设备中，搅拌均匀后即得钢纤维增强聚合物改性混凝土。本发明的混凝土质量优良，应用于混凝土桥桥面刚性铺装和旧水泥混凝土路面罩面加铺领域。
文档编号C04B24/00GK1562850SQ200410026780
公开日2005年1月12日 申请日期2004年4月7日 优先权日2004年4月7日
发明者罗立峰, 钟鸣, 黄成造, 何培勇, 钱尚宁, 黄培彦, 汤立群, 曾庆敦, 周建春, 刘逸平 申请人:华南理工大学